Etude fonctionnelle du transporteur d'ammonium Rh50 dans le système neuromusculaire de Drosophila melanogaster

par Mathilde Lecompte

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Baya Chérif-Zahar.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris) , en partenariat avec PLASTICITE DU CERVEAU (laboratoire) et de Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (établissement opérateur d'inscription) .


  • Résumé

    L'ammonium (couple NH4+/NH3) est impliqué dans de nombreux processus biologiques comme le maintien de l'équilibre acido-basique par le rein et la synthèse et le recyclage des neurotransmetteurs. Des transporteurs spécifiques rendent les membranes cellulaires perméables à l'ammonium, en particulier les glycoprotéines Rhésus (Rh50). Décrites notamment dans les globules rouges, le foie et le rein, les protéines Rh50 ont à la fois une fonction de transport de NH3 et un rôle dans le maintien de l'architecture cellulaire. La drosophile (Drosophila melanogaster) possède un unique gène Rh50, exprimé dans le système nerveux central (SNC) et neuromusculaire. De ce fait, elle est un modèle de choix pour l'étude fonctionnelle in vivo de ces protéines dans le système nerveux. Dans ce travail de thèse, nous montrons que Rh50 est exprimée fortement dans les muscles et enrichie à la jonction neuromusculaire (JNM) de la larve de drosophile, où elle colocalise avec des protéines des densités postsynaptiques, dont Discs-large. Une inactivation du gène Rh50 induit une atrophie musculaire, des défauts locomoteurs, la surexpression des récepteurs glutamatergiques postsynaptiques, et une létalité pupale. Des enregistrements électrophysiologiques à la JNM larvaire montrent que la fréquence des potentiels postsynaptiques excitateurs spontanés augmente lorsque le gène Rh50 est inactivé dans les muscles. Les larves déficientes pour Rh50 ont également une plus grande sensibilité à l'exposition à de fortes concentrations d'ammonium. Dans le SNC, Rh50 est exprimée dans des cellules neuroendocrines et nos résultats suggèrent qu'il contrôle l'expression des FMRFamides, neuropeptides impliqués dans la régulation de l'activité à la JNM. En conclusion, nos résultats montrent que Rh50 est une nouvelle protéine essentielle chez la drosophile, qui intervient dans le développement et la physiologie synaptique, et régule les taux d'ammonium et l'homéostasie acido-basique dans le système neuromusculaire.

  • Titre traduit

    Functional study of the ammonium transporter Rh50 in the neuromuscular system of Drosophila melanogaster


  • Résumé

    Ammonia (acid/base pair NH4+/NH3) is implicated in many biological processes, such as the maintenance of acid-base balance by the kidney and the synthesis and recycling of neurotransmitters. Specific transporters, such as the Rhesus glycoproteins (Rh50), make cellular membranes permeable to ammonium. The Rh50 proteins have been described in red blood cells, liver and kidney, where they are involved in NH3 transport and in the maintenance of cell architecture. Drosophila melanogaster has a unique Rh50 gene, expressed in the central nervous system (CNS) and the neuromuscular system. Therefore, Drosophila is a model of choice for the in vivo functional study of Rh50 proteins in the nervous system. In this thesis work, we show that Rh50 is strongly expressed in muscles and enriched at the neuromuscular junction (NMJ) of the Drosophila larva, where it co-localizes with Discs large (Dlg) and other postsynaptic density proteins. Inactivation of the Rh50 gene induced muscle atrophy, larval locomotion defects, overexpression of postsynaptic glutamate receptors, and pupal lethality. Electrophysiological recordings at the larval NMJ showed that the frequency of spontaneous excitatory postsynaptic potentials increases when Rh50 is down-regulated in muscles. Rh50-deficient larvae were also more susceptible than the wild type to exposure to high concentrations of ammonium. In the CNS, Rh50 is expressed in neuroendocrine cells and our results suggest that it controls the expression of FMRFamides, neuropeptides involved in the regulation of NMJ activity. In conclusion, our work identifies Rh50 as a new essential protein in Drosophila, which is involved in synaptic development and physiology, and regulates ammonium levels and acid-base homeostasis in the neuromuscular system.